Порядок виконання команд

Команди зберігаються в основній пам'яті комп'ютера за відповідними адресами. Для того, щоб виконати команду та здійснити обробку даних, команду та дані потрібно зчи­тати з основної пам'яті та записати до відповідних регістрів процесора. Комп'ютер вико­нує кожну команду як послідовність простих операцій:

1.Вибірка чергової команди із основної пам'яті.

2.Визначення типу вибраної команди, тобто її дешифрування.

3.Визначення адрес даних, необхідних для виконання цієї команди.

4.Виконання операцій пересилання даних (зчитування даних із пам'яті в регістри процесора).

5.Виконання операції відповідно до її коду в полі коду операції команди.

6.Визначення адрес, за якими запам'ятовуються результати.

7.Запам'ятовування результатів.

8.Підготовка до виконання наступної команди, тобто обчислення її адреси.

На рис. 3.2 показана діаграма циклу виконання команди, причому в нижній стрічці наведені операції, які виконуються всередині процесора, а в верхній стрічці - операції запису та вибірки із основної пам'яті. Операції 3 та 4 можуть повторюватись стільки разів, скільки потрібно вибрати операндів з основної пам'яті. Така ситуація відбувається при виконанні багатомісних операцій. Аналогічно можуть повторюватись операції 6 та 7, якщо отримано кілька результатів. При обробці декількох даних за однією командою операції 3-7 повторюються відповідну кількість разів. Такі операції називають вектор­ними.

Рис. 3.2. Діаграма циклу виконання команди

3.1.3. Виконання команд на рівні регістрів процесора

Для глибшого розуміння послідовності виконання команди розглянемо детальніше структуру регістрової (надоперативної) пам'яті процесора. Ця пам'ять (рис. 3.3) склада­ється з регістрів з закріпленими операціями, та регістрів зального призначення. Тут РгА, РгК і РгД - відповідно регістри адреси, команд і даних. РгА зберігає адресу даного або команди при зверненні до основної пам'яті. РгД зберігає операнд при його запису або зчитуванні з основної пам'яті. В ролі операнда може бути дане, команда або адреса. РгК зберігає команду після її зчитування з основної пам'яті. ПЛ - програмний лічильник, який підраховує команди та зберігає адресу поточної команди. Комп'ютер з архітекту­рою Джона фон Неймана має один програмний лічильник.

Рис. 3.3. Регістрова пам'ять процесора

Більшість комп'ютерів мають в складі процесора тригери для зберігання бітів стану процесора, або, як їх іще називають, прапорців. Кожен прапорець має спеціальне при­значення. Частина прапорців вказує на результати арифметичних і логічних операцій: додатній результат (Р), від'ємний результат (N), нульовий результат (Z), перенос (С), арифметичне переповнення (V), і т. д. В системі команд комп'ютера є команди, які вказу­ють процесору коли встановити чи скинути ці тригери. Інша частина прапорців вказує режими захисту пам'яті. Існують також прапорці, які вказують пріоритети виконува­них програм. В деяких процесорах додаткові тригери служать для зберігання кодів умов, формуючи регістр кодів умов. Взяті разом описані прапорці формують слово стану про­грами (ССП), а відповідні тригери - регістр ССП.

Регістри загального призначення (РЗП) є програмно доступними. Зазвичай їх на­зивають регістровим файлом. Вони можуть використовуватись програмістом в якості регістрів для зберігання вхідних та вихідних даних, а також проміжних результатів об­числень, в якості адресних та індексних регістрів при виконанні операцій модифікації адрес. Наприклад, в процесорі UltraSPARC II є дві групи регістрових файлів: 32 64-розрядні регістри загального призначення та 32 регістри для даних з рухомою комою, які можуть зберігати або 32-розрядні дані одинарної точності, або 64-розрядні дані подвій­ної точності. В процесорі Pentium II є лише 8 32-розрядних та 6 16-розрядних регістрів загального призначення.

Зв'язки між вузлами процесора і основною пам'яттю показано на рис. 3.4. Як видно з рисунка, процесор взаємодіє з основною пам'яттю через регістри адрес та даних. Крім того, пристрій керування формує сигнали задання режимів роботи пам'яті.

Рис. 3.4. Зв'язки між процесором і основною пам'яттю

Виходячи з наведеної вище інформації про вузли процесора та його зв'язки з осно­вною пам'яттю, розглянемо детальніше виконання команд на прикладі виконання опе­рації додавання слова, яке знаходиться в пам'яті за адресою 9, з вмістом регістра РгО регістрової пам'яті процесора, коли результат операції засилається в пам'ять за адресою 9. Програма обчислень знаходиться також в пам'яті. Операцію можна записати наступним чином:

[Комірка 9] := [Комірка 9] + [РгО].

Послідовність дій при виконанні цієї операції буде наступною:

1.Рг А := ПЛ. Значення із програмного лічильника, тобто адреса команди, записуєть­ся в регістр адреси РгА.

2.Зчитування із комірки [РгА] основної пам'яті команди додавання двох чисел в регістр даних РгД.

3.Рг К := Рг Д. Перезапис команди додавання двох чисел з регістра даних в регістр команди РгК.

4.РгА := [А РгК]. Запис адреси числа із регістра команди до регістра адреси (ця адре­са рівна 9).

5.Зчитування із комірки [РгА] основної пам'яті даного і засилання його в регістр РгД.

6.Рг Д := [РгД] + [Рг0]. Виконання в АЛП операції [РгД] + [Рг0] і засилання резуль­тату в РгД.

7.Запис в комірку 9 основної пам'яті даного із регістра РгД.

8.ПЛ := ПЛ +1. Прирощення на одиницю вмісту програмного лічильника.

Подібним чином виконуються інші команди, включаючи команди взаємодії з при­строями введення-виведення.